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怎样做好物理实验1

1．开设物理实验课程的目的1

2．物理实验课程的任务1

3．怎样做好物理实验1

目录1

4．关于实验报告3

5．关于教材和实验安排3

6．成绩考核和评定4

第1章 实验误差与不确定度评定5

1.1 测量、误差和不确定度5

1.1.1 测量的基本概念5

1.1.2 误差的基本知识6

1.1.3 精密度、正确度和准确度9

1.1.4 不确定度9

1.2.1 随机误差和正态分布10

1.2 随机误差的统计处理10

1.2.2 标准差和置信概率11

1.2.3 平均值和平均值的标准差12

1.2.4 小结13

1.3 仪器误差（限）13

1.3.1 长度测量仪器14

1.3.2 质量称衡仪器15

1.3.3 时间测量仪器15

1.3.4 温度测量仪器15

1.3.5 电学量测量仪器16

1.3.6 小结17

1.4 不确定度的分量评定和方差合成18

1.4.1 不确定度分量的两类评定方法18

1.4.2 不确定度的方差合成19

1.4.3 不确定度合成举例21

1.4.5 小结22

1.4.4 数据修约和测量结果的最终表述22

1.5 有效数字及其运算法则26

1.5.1 仪器示值的有效数字读取26

1.5.2 有效数字的运算法则27

1.5.3 小结28

1.6 系统误差的发现和消除28

1.6.1 系统误差的形式28

1.6.2 系统误差的发现29

1.6.3 系统误差的消除和修正30

1.7　粗大误差的判别与处理33

1.7.1 拉依达准则（3σ准则）33

1.7.2 t检验准则33

1.8　几种主要的统计分布和置信概率34

1.8.1 正态分布（高斯分布）34

1.8.2 均匀分布35

1.8.3 t分布36

1.8.4 X2分布37

1.9　平均值的方差和不确定度的方差合成37

1.9.1 关于标准偏差和平均值标准偏差的讨论37

1.9.2 关于方差合成公式的讨论39

1.9.3 关于相关系数的讨论40

练习题41

第2章 物理实验数据处理的基本方法44

2.1 列表法44

2.1.1 列表注意事项44

2.1.2 应用举例44

2.2 作图法45

2.2.1 作图的基本规则45

2.2.2 应用举例47

2.3 最小二乘法和一元线性回归49

2.3.1 一元线性回归49

2.3.2 应用举例——单摆测重力加速度51

4.12.2 实验原理 152

2.3.3 小结52

2.3.4 一元线性回归系数的标准偏差53

2.4 逐差法54

2.4.1 线性关系和一次逐差处理54

2.4.2 应用举例55

练习题56

第3章　实验预备知识58

3.1 电学实验预备知识58

3.1.1 电学实验操作规程58

3.1.2 电学基本仪器59

3.2 光学实验预备知识65

3.2.1 光学元件和仪器的保护65

3.2.2 常用光源65

3.2.3 消视差67

3.2.4 等高共轴调节67

3.3 数据处理示例69

4.14.3 仪器设备 175

4.1.1 实验要求78

4.1 光杠杆法测弹性模量78

第4章　基本实验78

4.1.2 实验原理79

4.1.3 仪器设备81

4.1.4 实验内容83

4.1.5 预习思考题84

4.1.6 实验后思考题85

实验方法专题讨论之一——对实验结果的讨论85

4.2 扭摆法测转动惯量88

4.2.1 实验要求88

4.2.2 实验原理88

4.2.3 仪器设备89

4.2.4 实验内容90

4.3 测定冰的熔解热92

4.3.1 实验要求92

4.2.5 预习思考题92

4.2.6 实验后思考题92

4.3.2 实验原理93

4.3.3 仪器设备96

4.3.4 实验内容97

4.3.5 预习思考题98

4.3.6 实验后思考题98

4.4 电热法和焦耳热功当量实验99

4.4.2 实验原理100

4.4.1 实验要求100

4.4.3 仪器设备101

4.4.4 实验内容102

4.4.6 实验后思考题103

4.4.5 预习思考题103

实验方法专题讨论之二——线性拟合和一元线性回归104

4.5 气垫导轨的使用和动量守恒实验105

4.5.1 实验要求105

4.5.2 实验原理106

4.5.3 仪器设备107

4.5.4 实验内容109

4.5.5 预习思考题109

4.5.6 实验后思考题110

实验方法专题讨论之三——关于有效数字110

4.6.1 实验要求112

4.6.2 实验原理112

4.6 碰撞过程的瞬态数字测量112

4.6.3 仪器设备116

4.6.4 实验内容118

4.6.5 预习思考题120

4.6.6 实验后思考题120

实验方法专题讨论之四——关于数字化测量121

4.7 薄透镜焦距的测量122

4.7.1 实验要求122

4.7.2 实验原理122

4.7.4 实验内容124

4.7.3 仪器设备124

4.7.6 实验后思考题125

4.7.5 预习思考题125

4.8 自组望远镜和距离的非接触测量125

4.8.2 实验原理126

4.8.1 实验要求126

4.8.3 仪器设备127

4.8.4 实验内容128

4.8.5 预习思考题129

4.8.6 实验后思考题129

4.9 电桥的自组和使用129

4.9.1 实验要求130

4.9.2 实验原理130

4.9.3 仪器设备132

4.9.4 实验内容134

4.9.6 实验后思考题135

4.9.5 预习思考题135

实验方法专题讨论之五——故障排除136

4.10 双电桥测低值电阻137

4.10.1 实验要求138

4.10.2 实验原理138

4.10.3 仪器设备140

4.10.4 实验内容142

4.10.5 预习思考题143

4.11 补偿法和电位差计144

4.11.1 实验要求144

4.10.6 实验后思考题144

4.11.2 实验原理145

4.11.3 仪器设备146

4.11.4 实验内容147

4.11.5 预习思考题148

实验方法专题讨论之六——不确定度计算149

4.11.6 实验后思考题149

4.12 声速测量和示波器的使用151

4.12.1 实验要求152

4.12.3 仪器设备155

4.12.4 实验内容161

4.12.5 预习思考题162

4.12.6 实验后思考题162

实验方法专题讨论之七——几种减小误差的测量方法164

4.13 动态法测弹性模量166

4.13.2 实验原理166

4.13.1 实验要求166

4.13.3 仪器设备168

4.13.4 实验内容168

4.13.5 预习思考题168

4.13.6 实验后思考题168

4.14 分光仪的调整和三棱镜顶角测量169

4.14.1 实验要求169

4.14.2 分光仪的调节原理169

4.14.4 实验内容175

4.14.6 实验后思考题177

实验方法专题讨论之八——光学仪器的调整177

4.14.5 预习思考题177

4.15 菲涅耳双棱镜干涉测波长179

4.15.1 实验要求179

4.15.2 实验原理180

4.15.3 仪器设备182

4.15.4 实验内容182

4.15.5 预习思考题184

4.15.6 实验后思考题184

实验方法专题讨论之九——原始数据的记录184

4.16.2 实验原理186

4.16 圆孔衍射实验186

4.16.1 实验要求186

4.1 6.3 仪器设备187

4.16.4 实验内容187

4.16.5 预习思考题187

4.16.6 实验后思考题188

4.17 牛顿环干涉测曲率半径188

4.17.1 实验要求188

4.17.2 实验原理188

4.17.3 仪器设备190

4.17.6 实验后思考题191

4.1 7.4 实验内容191

4.17.5 预习思考题191

4.18 迈克尔逊干涉仪的调整和波长测量192

4.18.1 实验要求192

4.18.2 实验原理193

4.18.3 仪器设备195

4.18.4 实验内容196

4.18.5 预习思考题197

4.18.6 实验后思考题197

实验方法专题讨论之十——实验仪器的创新构思197

5.1 自组数字温度计200

5.2 高阻测量200

第5章　设计性实验一（选做实验）200

5.3 测凹透镜焦距并自组伽利略望远镜201

5.4 电缆短路故障的识别201

5.5 漆包线团导电率的测定202

5.6 补偿法测电压表或电流表内阻202

5.7 二极管伏安特性的显示202

5.8 估测导线中电信号的传播速度203

5.9 双棱镜顶角和折射率的测量203

5.10 衍射法测纤维直径203

5.11 光盘记录的信息量204

5.12 干涉法测细丝直径204

6.1.3 实验原理和实验仪器介绍205

6.1.1 实验及应用背景介绍205

6.1.2 实验目的和教学要求205

6.1 热导率的测定205

第6章　综合性实验205

6.1.4 实验内容和操作提示210

6.1.5 数据处理要求213

6.1.6 思考及课堂讨论题214

6.1.7 选做实验和有待深入研究的课题215

6.1.8 数据处理要求215

6.1.9 参考文献215

6.1.10 附录——关于动态法简谐解的推导216

6.2 高温超导材料特性测试和低温温度计216

6.2.1 实验及应用背景介绍216

6.2.3 实验原理217

6.2.2 实验目的和教学要求217

6.2.4 实验仪器介绍220

6.2.5 实验内容和操作提示223

6.2.6 思考及课堂讨论题225

6.2.7 选做实验226

6.2.8 参考文献226

6.3 非线性电路中的混沌现象226

6.3.1 实验及应用背景介绍226

6.3.2 实验目的和教学要求226

6.3.3 实验原理227

6.3.4 实验仪器介绍230

6.3.5 实验内容和操作提示231

6.3.6 思考及课堂讨论题232

6.3.8 选做实验和有待深入研究的课题233

6.3.7 数据处理要求233

6.3.10 附录234

6.4 微波实验和布拉格衍射234

6.4.1 实验及应用背景介绍234

6.3.9 参考文献234

6.4.2 实验目的和教学要求235

6.4.3 实验原理235

6.4.4 实验仪器介绍239

6.4.5 实验内容和操作提示240

6.4.6 思考及课堂讨论题241

6.4.7 数据处理要求242

6.4.8 选做实验和有待深入研究的课题242

6.4.9 参考文献242

6.5.2 实验目的和教学要求243

6.5.3 实验原理243

6.5 平行光管和透镜性能测试243

6.5.1 实验及应用背景介绍243

6.5.4 实验仪器250

6.5.5 实验内容和操作提示250

6.5.6 数据处理要求251

6.5.7 思考及课堂讨论题252

6.5.8 选做实验和有待深入研究的课题252

6.5.9 参考文献252

6.6 多光束干涉和法布里-珀罗干涉仪252

6.6.1 实验及应用背景介绍252

6.6.3 实验原理253

6.6.2 实验目的和教学要求253

6.6.4 实验仪器介绍255

6.6.5 实验内容和操作提示256

6.6.6 思考及课堂讨论题258

6.6.7 数据处理要求259

6.6.8 选做实验和有待深入研究的课题259

6.6.9 参考文献260

6.6.10 附录260

6.7 阿贝成像原理和空间滤波261

6.7.1 实验及应用背景介绍261

6.7.2 实验目的和教学要求261

6.7.3 实验原理261

6.7.4 实验仪器介绍264

6.7.5 实验内容和操作提示266

6.7.6 数据处理要求270

6.7.7 思考及课堂讨论题270

6.7.8 选做实验和有待深入研究的课题271

6.7.9 参考文献271

6.7.10 附录271

6.8 晶体的电光效应274

6.8.1 实验及应用背景介绍274

6.8.2 实验目的和教学要求274

6.8.3 实验原理275

6.8.4 实验仪器介绍279

6.8.5 实验内容和操作提示280

6.8.6 思考及课堂讨论题282

6.8.8 选做实验和有待深入研究的课题283

6.8.9 参考文献283

6.8.10 附录283

6.8.7 数据处理要求283

6.9 全息照相和全息干涉法的应用286

6.9.1 实验及应用背景介绍286

6.9.2 实验目的及教学要求286

6.9.3 实验原理287

6.9.4 实验仪器介绍292

6.9.5 实验内容和操作提示293

6.9.6 思考及课堂讨论题295

6.10.1 实验及应用背景介绍296

6.9.7 参考文献296

6.10 液晶光阀的特性研究296

6.10.2 实验目的和教学要求297

6.10.3 实验原理297

6.10.4 实验仪器介绍302

6.10.5 实验内容和操作提示303

6.10.6 数据处理要求305

6.10.7 思考及课堂讨论题306

6.10.8 参考文献306

6.10.9 附录——几个简单函数图像的光学傅里叶变换307

6.11.1 实验及应用背景介绍308

6.11.2 实验目的和教学要求308

6.11 声源定位和GPS模拟308

6.11.3 实验原理309

6.11.4 实验仪器介绍311

6.11.5 实验内容和操作提示313

6.11.6 数据处理要求315

6.11.7 思考及课堂讨论题316

6.11.8 选做实验和有待深入研究的课题317

6.11.9 参考文献317

6.11.10 附录——关于非线性代数方程的迭代求解317

6.12.2 实验目的和教学要求318

6.12.3 实验原理318

6.12.1 实验及应用背景介绍318

6.12 超声CT成像318

6.12.4 实验仪器介绍323

6.12.5 实验内容和操作提示323

6.12.6 数据处理要求326

6.12.7 思考和课堂讨论题326

6.12.8 参考文献326

6.13 传感器实验327

6.13.1 实验及应用背景介绍327

6.13.2 实验目的和教学要求327

6.1 3.3 实验原理327

6.13.4 实验仪器介绍330

6.13.5 实验内容和操作提示332

6.13.7 选做实验和有待深入研究的课题334

6.13.8 思考及课堂讨论题334

6.13.6 数据处理要求334

6.13.9 参考文献335

6.13.10 附录——关于半导体PN结温度传感器335

6.14 氢原子光谱和里德伯常数的测量335

6.14.1 实验及应用背景介绍335

6.14.2 实验目的和教学要求336

6.14.3 实验原理336

6.14.4 实验仪器介绍340

6.14.5 实验内容和操作提示341

6.14.6 数据处理要求342

6.14.7 思考及课堂讨论题342

6.14.8 选做实验和有待深入研究的课题342

6.14.10 附录343

6.14.9 参考文献343

第7章　设计性实验二（考试实验）344

7.1 怎样做好设计性实验344

7.2 单量程三用表的设计与校准348

7.2.1 任务与要求348

7.2.2 可供选择的仪器设备348

7.2.3 实验提示348

7.3 伏安法的应用（Boltzmann常数的测量）350

7.3.1 任务与要求350

7.3.2 可供选择的仪器设备350

7.3.3 实验提示350

7.4.3 实验提示351

7.4.2 可供选择的仪器设备351

7.4.1 任务与要求351

7.4 补偿法的应用（电流补偿测光电流）351

7.5 非平衡电桥的应用（自组热敏电阻温度计）352

7.5.1 任务与要求352

7.5.2 可供选择的仪器设备352

7.5.3 实验提示352

7.6 分光仪的使用（角度法测折射率）353

7.6.1 任务与要求353

7.6.2 实验提示353

7.6.3 可提供的仪器设备354

7.7 分光仪的使用（测定闪耀光栅的空间频率）354

7.7.1 任务与要求354

7.7.2 实验提示354

7.8.1 任务与要求355

7.8.2 可供选择的仪器设备355

7.7.3 可提供的仪器设备355

7.8 偏振光的研究355

7.8.3 实验提示356

7.8.4 仪器设备357

7.9 迈克尔逊干涉仪的应用357

7.9.1 任务与要求357

7.9.2 实验提示357

7.9.3 仪器设备358

7.9.4 任务与要求358

7.9.5 实验提示358

7.9.6 仪器设备359